DE102008046587A1 - PTO shaft for vehicles - Google Patents

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Abstract

Gelenkwelle für Fahrzeuge, mit einem ersten Gelenkwellenabschnitt, der über ein Schiebestück mit einem zweiten Gelenkwellenabschnitt drehgekoppelt ist, wobei das Schiebestück ein mit einer Längsverzahnung versehenes und mit einem der beiden Gelenkwellenabschnitte verbundenes wellenartiges Element aufweist, und ein mit einer zu der Längsverzahnung komplementären Längsverzahnung versehenes mit dem anderen Gelenkwellenabschnitt verbundenes nabenartiges Element, wobei das wellenartige Element in das nabenartige Element eingeschoben ist, wodurch in gewissem Umfang eine Relativverschiebung der beiden Gelenkwellenabschnitte in einer Längsrichtung der Gelenkwelle ermöglicht wird. Mindestens eine der beiden Längsverzahnungen ist aus einem Thermoplastmaterial hergestellt.Articulated shaft for vehicles, with a first articulated shaft portion which is rotationally coupled via a sliding piece with a second articulated shaft portion, wherein the sliding piece has a provided with a spline and connected to one of the two Gelenkwellenabschnitte wave-like element, and provided with a complementary to the splines longitudinal spline with the hub-like member connected to the other cardan shaft portion, wherein the shaft-like member is inserted into the hub-like member, whereby a relative displacement of the two Gelenkwellenabschnitte in a longitudinal direction of the propeller shaft is made possible. At least one of the two splines is made of a thermoplastic material.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkwelle für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The present invention relates to a propeller shaft for vehicles according to the preamble of claim 1.

Unter dem Begriff „Gelenkwelle” wird in der vorliegenden Patentanmeldung eine drehmomentübertragende Komponente eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs verstanden. So ist z. B. bei Fahrzeugen mit Hinterachsantrieb der Eingang des Hinterachsgetriebes über eine Gelenkwelle mit dem Ausgang des Schaltgetriebes verbunden. Gelenkwellen weisen üblicherweise ein oder mehrere Kardan- bzw. Gleichlaufgelenke sowie in der Regel mindestens ein so genanntes „Schiebestück” auf, das den bei Federbewegungen erforderlichen Längenausgleich zwischen einzelnen Gelenkwellenabschnitten ermöglicht. Schiebestücke sind in der Regel Welle-Nabe-Verbindungen mit Vielzahnprofilen.Under The term "propeller shaft" is used in the present Patent application a torque-transmitting component a drive train of a vehicle understood. So z. B. at Vehicles with rear axle drive the input of the rear axle via a propeller shaft connected to the output of the gearbox. Cardan shafts usually have one or more gimbals or constant velocity joints and, as a rule, at least one so-called "sliding piece", this is the length compensation required for spring movements between individual cardan shaft sections allows. Sliding pieces are usually shaft-hub connections with multi-tooth profiles.

Verschiedene Welle-Nabe-Verbindungen sind durch die DIN-Normen 5480 sowie 5460 genormt. Hochbelastete Welle- bzw. Nabe-Verbindungen, wie sie bei Schiebestücken von Antriebssträngen von Fahrzeugen zum Einsatz kommen, sind herkömmlicherweise aus Metall, ganz überwiegend aus Stahl hergestellt. Bei Schiebestücken aus Stahl können insbesondere im Bereich der Zahnfußradien sowie am „Eingang” des Schiebestücks hohe Spannungsspitzen verbunden mit einer über die Zahnlänge ungleichförmigen Torsionsbelastung der Zähne auftreten.Different shaft-hub connections are through the DIN standards 5480 such as 5460 standardized. Highly loaded shaft or hub connections, as used in sliding pieces of drive trains of vehicles, are conventionally made of metal, mainly made of steel. In the case of sliding pieces made of steel, in particular in the region of the tooth root radii and at the "entrance" of the sliding piece, high stress peaks can occur, together with a torsional load on the teeth that is nonuniform over the tooth length.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine für Antriebsstränge von Fahrzeugen geeignete, gewichtsoptimierte Gelenkwelle zu schaffen, bei der Spannungsspitzen an einzelnen Stellen der Verzahnung des Schiebestücks vermieden werden.task The invention is one for drive trains vehicle-appropriate, weight-optimized propeller shaft, at the voltage peaks at individual points of the teeth of the Sliding piece can be avoided.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.These The object is solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are to refer to the dependent claims.

Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Gelenkwelle für Fahrzeuge mit einem ersten Gelenkwellenabschnitt, der über ein Schiebestück mit einem zweiten Gelenkwellenabschnitt drehgekoppelt ist. Das Schiebestück weist ein mit einer Längsverzahnung versehenes, mit einem der beiden Gelenkwellenabschnitte verbundenes wellenartiges Element auf und ein mit einer zu der Längsverzahnung komplementären Längsverzahnung versehenes nabenartiges Element, das mit dem anderen Gelenkwellenabschnitt verbunden ist. Das wellenartige Element ist in das nabenartige Element eingeschoben, wodurch in gewissem Umfang eine Relativverschiebung der beiden Gelenkwellenabschnitte in einer Längsrichtung der Gelenkwelle ermöglicht wird.starting point The invention is a propeller shaft for vehicles with a first drive shaft section, which has a sliding piece is rotationally coupled with a second articulated shaft section. The sliding piece has a provided with a spline, with a the two Gelenkwellenabschnitte connected wave-like element and one with a complementary to the spline Longitudinal toothing provided hub-like element with the other propeller shaft portion is connected. The wavy Element is inserted into the hub-like element, causing in To some extent, a relative displacement of the two propeller shaft sections allows in a longitudinal direction of the propeller shaft becomes.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass mindestens eine der beiden Längsverzahnungen aus einem Thermoplastmaterial hergestellt ist. Vorzugsweise ist die „Innenverzahnung” des nabenartigen Elements aus Thermoplastmaterial hergestellt. Im Vergleich zu aus Stahl hergestellten Längsverzahnungen ist eine aus Thermoplastmaterial hergestellte Verzahnung relativ „elastisch”. Bei einer Drehmomentübertragung kommt es in gewissem Umfang zu einer elastischen Verformung der aus Thermoplastmaterial hergestellten Verzahnung und somit zu einer vergleichsweise gleichmäßigen Belastung der Verzahnung. Der Einsatz von Thermoplastmaterial führt also aufgrund seiner – im Vergleich zu Stahl – geringeren Steifigkeit zu einem gleichmäßigeren Tragverhalten der einzelnen Zähne bei Drehmomentbelastung.Of the Essence of the invention is that at least one of the two Longitudinal teeth made of a thermoplastic material is. Preferably, the "internal teeth" of the hub-like element made of thermoplastic material. Compared To longitudinal splines made of steel is an off Thermoplastic material produced toothing relatively "elastic". Torque transmission occurs to some extent to an elastic deformation of the thermoplastic material produced Gearing and thus to a relatively uniform Load on the teeth. The use of thermoplastic material thus leads because of its - compared to steel - lower Stiffness for a more even load-bearing behavior the individual teeth at torque load.

Die aus Thermoplastmaterial hergestellte Verzahnung weist zahnartige Elemente auf, deren Zahnflanken sich „im Wesentlichen”, aber nicht exakt in Längsrichtung der Gelenkwelle erstrecken. „Im wesentlichen aber nicht exakt” kann bedeuten, dass die Zähne bzw. der Zahnflanken einen spitzen Winkel mit der Längsachse der Gelenkwelle einschließen und/oder, dass die Zähne bzw. deren Zahnflanken in Längsrichtung der Gelenkwelle bogenförmig gekrümmt sind. Durch eine derartige, in Längsrichtung der Gelenkwelle sich verändernde Kontur, die der bei einer Drehmomentübertragung auftretenden Deformation der Zähne angepasst ist, können Spannungsspitzen in der Verzahnung, insbesondere am Eingang der „Welle-Nabe-Verbindung” vermieden bzw. zumindest verringert werden.The toothing made of thermoplastic material has tooth-like Elements whose tooth flanks are "essentially" but not exactly extend in the longitudinal direction of the propeller shaft. "In the essential but not exact "may mean that the teeth or the tooth flanks an acute angle with the longitudinal axis include the PTO shaft and / or that the teeth or their tooth flanks in the longitudinal direction of the propeller shaft arcuately curved. By such, changing in the longitudinal direction of the propeller shaft Contour that is that occurring during a torque transmission Deformation of the teeth is adjusted, voltage spikes avoided in the toothing, in particular at the entrance of the "shaft-hub connection" or at least reduced.

Die Längsverzahnung aus Thermoplastmaterial kann durch Spritzgießen hergestellt werden. Um eine Übertragung größerer Drehmomente zu ermöglichen, kann für die Verzahnung mit Kurzfasern verstärktes Thermoplastmaterial verwendet werden.The Longitudinal splines made of thermoplastic material can be injection molded getting produced. To a larger transmission To allow torques can be used for the gearing used with short fibers reinforced thermoplastic material become.

Die Verzahnung aus Thermoplastmaterial kann an ein Bauteil, z. B. an die Innenseite eines Rings angespritzt sein. Der Ring kann aus einem Laminatmaterial hergestellt sein, welches durch Endlosphasern verstärkt sein kann. Mit diesem Ring kann dann ein Längspressverband hergestellt werden.The Denture of thermoplastic material can be attached to a component, for. B. on be injected on the inside of a ring. The ring can be one Laminate material to be produced, which is reinforced by Endlosphasern can be. With this ring can then a Längspressverband getting produced.

Wenngleich die Erfindung bislang primär im Zusammenhang mit einer Längsverzahnung beschrieben wurde, die an der Innenseite des nabenartigen Elements des Schiebestücks vorgesehen ist, kann selbstverständlich auch oder alternativ dazu die an der Außenseite des wellenartigen Elements des Schiebestücks vorgesehene Verzahnung aus einem Thermoplast-material hergestellt sein.Although the invention so far primarily in connection with a Longitudinal spline has been described on the inside provided the hub-like element of the sliding piece is, of course, or alternatively the on the outside of the wave-like element of the sliding piece provided toothing made of a thermoplastic material be.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.in the The invention will become more apparent hereinafter in connection with the drawings explained.

1 zeigt das Grundprinzip eines Schiebestücks gemäß der Erfindung; 1 shows the basic principle of a sliding piece according to the invention;

2 zeigt in stark vergrößerter Darstellung die bogenförmige Gestaltung eines Zahns einer aus Thermoplastmaterial hergestellten Längsverzahnung. 2 shows a greatly enlarged view of the arcuate configuration of a tooth made of a thermoplastic material spline.

1 zeigt ein Schiebestück 1 einer hier nicht näher dargestellten Gelenkwelle. Das Schiebestück 1 weist ein wellenartiges Element 2 und ein nabenartiges Element 3 auf. An der Außenseite des wellenartigen Elements 2 ist eine sich in einer Längsrichtung 4 der Gelenkwelle (nicht dargestellt) erstreckende Längsverzahnung 5 vorgesehen. 1 shows a sliding piece 1 a propeller shaft not shown here. The sliding piece 1 has a wave-like element 2 and a hub-like element 3 on. At the outside of the wave-like element 2 is one in a longitudinal direction 4 the propeller shaft (not shown) extending spline 5 intended.

Das nabenartige Element 3 ist durch einen Längspressverband gebildet. Der Längspressverband weist ein Gelenkwellenrohr 6, einen darin eingepressten und/oder eingeklebten inneren Stützring 7 und einen auf den Außenumfang des Gelenkwellenrohrs 6 aufgepressten äußeren Stützring 8 auf, der aus einem Kohlefasermaterial hergestellt sein kann.The hub-like element 3 is formed by a longitudinal press association. The longitudinal compression bandage has a cardan shaft tube 6 , an inner support ring pressed in and / or glued therein 7 and one on the outer periphery of the propeller shaft tube 6 pressed on outer support ring 8th on, which may be made of a carbon fiber material.

Auf die Innenseite des inneren Stützrings 7 ist eine Längsverzahnung 9 des nabenartigen Elements 3 aufgespritzt, die komplementär zu der Längsverzahnung 5 gestaltet ist. Die Längsverzahnung 9 ist aus einem Thermoplastmaterial hergestellt, das z. B. durch kurzfasrige Kohlfasern verstärkt sein kann.On the inside of the inner support ring 7 is a longitudinal toothing 9 of the hub-like element 3 sprayed on, which is complementary to the spline 5 is designed. The longitudinal toothing 9 is made of a thermoplastic material, the z. B. may be reinforced by kurzfasrige carbon fibers.

Ein Zahn 10 der Längsverzahnung 9 ist in 2 dargestellt. Bei genauer Betrachtung des Zahns 10 ist ersichtlich, dass die Zahnflanken 10a, 10b des Zahns 10 nicht exakt parallel zur Längsrichtung 4 der Gelenkwellenanordnung sind, sondern dass der Zahn 10 geringfügig bogenförmig gekrümmt ist.A tooth 10 the spline 9 is in 2 shown. Upon closer inspection of the tooth 10 it can be seen that the tooth flanks 10a . 10b of the tooth 10 not exactly parallel to the longitudinal direction 4 the cardan shaft assembly, but that the tooth 10 is slightly curved arcuate.

Auch die übrigen Zähne der Verzahnung 9 können bogenförmig gekrümmt sein. Durch eine derartige bogenförmige Gestaltung der Zähne wird ein noch gleichmäßigeres Tragverhalten über die gesamte Zahnlänge und somit ins gesamt eine vergleichsweise gleichmäßige Beanspruchung der einzelnen Zähne der Längsverzahnung 9 und somit eine optimale Nutzung der Festigkeitsreserven des Materials erreicht.Also the other teeth of the toothing 9 may be arcuately curved. Such an arcuate design of the teeth results in an even more uniform load-bearing behavior over the entire tooth length and thus in the overall comparatively uniform load of the individual teeth of the longitudinal toothing 9 and thus an optimal use of the strength reserves of the material achieved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - DIN-Normen 5480 [0003] - DIN standards 5480 [0003]
  • - 5460 [0003] - 5460 [0003]

Claims (13)

Gelenkwelle für Fahrzeuge, mit einem ersten Gelenkwellenabschnitt, der über ein Schiebestück (2, 3) mit einem zweiten Gelenkwellenabschnitt drehgekoppelt ist, wobei das Schiebestück ein mit einer Längsverzahnung (5) versehenes und mit einem der beiden Gelenkwellenabschnitte verbundenes wellenartiges Element (2) aufweist, und ein mit einer zu der Längsverzahnung (5) komplementären Längsverzahnung (9) versehenes, mit dem anderen Gelenkwellenabschnitt verbundenes nabenartiges Element (3), wobei das wellenartige Element (2) in das nabenartige Element (3) eingeschoben ist, wodurch in gewissem Umfang eine Relativverschiebung der beiden Gelenkwellenabschnitte in einer Längsrichtung (4) der Gelenkwelle ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Längsverzahnungen (9) aus einem Thermoplastmaterial hergestellt ist.Cardan shaft for vehicles, with a first cardan shaft section, which is connected via a sliding piece ( 2 . 3 ) is rotationally coupled to a second hinge shaft portion, wherein the sliding piece with a spline ( 5 ) and connected to one of the two propeller shaft sections wave-like element ( 2 ), and one with a to the longitudinal teeth ( 5 ) complementary spline ( 9 ) connected to the other propeller shaft portion hub-like element ( 3 ), wherein the wave-like element ( 2 ) in the hub-like element ( 3 ), whereby to a certain extent a relative displacement of the two propeller shaft sections in a longitudinal direction ( 4 ) of the propeller shaft, characterized in that at least one of the two splines ( 9 ) is made of a thermoplastic material. Gelenkwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Thermoplastmaterial hergestellte Verzahnung (9) zahnartige Elemente (10) aufweist, wobei Zahnflanken (10a, 10b) der zahnartigen Elemente (10) sich im Wesentlichen aber nicht exakt in Längsrichtung (4) der Gelenkwelle erstrecken.Drive shaft according to claim 1, characterized in that the toothing made of thermoplastic material ( 9 ) tooth-like elements ( 10 ), wherein tooth flanks ( 10a . 10b ) of the tooth-like elements ( 10 ) substantially but not exactly in the longitudinal direction ( 4 ) extend the propeller shaft. Gelenkwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (10a, 10b) einen spitzen Winkel mit der Längsachse (4) einschließen.Drive shaft according to claim 2, characterized in that the tooth flanks ( 10a . 10b ) an acute angle with the longitudinal axis ( 4 ) lock in. Gelenkwelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (10a, 10b) bogenförmig gekrümmt sind.Cardan shaft according to claim 2 or 3, characterized in that the tooth flanks ( 10a . 10b ) are arcuately curved. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (9) durch Spritzgießen hergestellt ist.PTO shaft according to one of claims 1-4, characterized in that the toothing ( 9 ) is made by injection molding. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Thermoplastmaterial hergestellte Verzahnung aus einem mit Kurzfasern verstärkten Thermoplastmaterial besteht.PTO according to any one of claims 1-5, characterized characterized in that the toothing made of thermoplastic material from a short fiber reinforced thermoplastic material consists. Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsverzahnung (9) des nabenartigen Elements (3) aus Thermoplastmaterial hergestellt istDrive shaft according to one of claims 1-6, characterized in that the longitudinal toothing ( 9 ) of the hub-like element ( 3 ) is made of thermoplastic material Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkwellenabschnitt, der fest mit der aus Thermoplastmaterial hergestellten Verzahnung verbunden ist, ein aus einem Laminatmaterial hergestelltes Gelenkwellen roh (6) aufweist.Pivot shaft according to one of claims 1-7, characterized in that the articulated shaft portion which is fixedly connected to the toothing made of thermoplastic material, a drive shaft made of a laminate material raw ( 6 ) having. Gelenkwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminatmaterial durch Endlosfasern verstärkt ist.PTO shaft according to claim 8, characterized in that that the laminate material is reinforced by continuous fibers. Gelenkwelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Thermoplastmaterial hergestellte Verzahnung (9) an eine Innenseite eines inneren Stützrings (7) angespritzt ist, der in ein einen der beiden Gelenkwellenabschnitte bildendes Kunststoffrohr (6) eingepresst und/oder einklebt ist.Drive shaft according to one of the preceding claims, characterized in that the toothing made of thermoplastic material ( 9 ) to an inner side of an inner support ring ( 7 ) molded into a one of the two propeller shaft sections forming plastic pipe ( 6 ) is pressed and / or glued. Gelenkwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Außenseite des Kunststoffrohrs (6) im Bereich des inneren Stützrings (7) ein äußerer Stützring (8) aufgepresst ist.PTO shaft according to claim 10, characterized in that on an outer side of the plastic pipe ( 6 ) in the region of the inner support ring ( 7 ) an outer support ring ( 8th ) is pressed. Gelenkwelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Stützring aus einem Kohlefasermaterial hergestellt ist.PTO shaft according to claim 11, characterized in that that the outer support ring made of a carbon fiber material is made. Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, der eine Gelenkwelle nach einem der Ansprüche 1–12 aufweist.Vehicle with a powertrain that has a propeller shaft according to any one of claims 1-12.
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